JPS63198236A - 液体金属イオン源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、液体金属イオン源に関するものであり、特
に加熱手段の構造が改良された液体金属イオン源に関す
るものである。

［従来の技術］ 液体金属イオン源は、液体金属のイオンから由来するイ
オンビームを与えるものであり、イオン注入装置、イオ
ンビームエツチング装置、イオンマイクロアナライザ等
に利用されている。

第３図は第１の従来例である実開昭５９−５５８４８号
公報に記載されている液体金属イオン源の断面模式図で
ある。

その底面が錐状の形をした円筒形状のるっぽ１の中にエ
ミッタの働きをする針状チップ２が設置されている。針
状チップ２の先端は、るつぼ１の底面にある錐状の部分
１ａの中心部に設けられた中心孔１ａ−を貫通し、外部
に突出している。針状チップ２の先端部２ａの対向する
位置に、引出電極３が設けられている。るつぼ１の外部
には、該るつぼ１を加熱するエナメル線でできた通電加
熱用ヒータ４がコイル状に巻付けられて設けられている
。るつぼ１内には、イオン化すべき金属、たとえば、Ｇ
ａ、　Ａｕ、　　Ｉ　ｎ、　ＡｕＳ　ｔ、　Ａｕ５ｉＢ
ｅ等のイオン源金属５が入れられる。そして、るつぼ１
の上部はるつぼ蓋６によって閉じられる。

通電加熱用ヒータ４は加熱用電源７に接続されている。

エミッタである針状チップ２と引出電極３の間には引出
電圧用電源８が接続されており、通常数ｋＶの電圧がか
けられる。加熱用電源７の一端には、イオンを加速する
ための加速電源９が接続されており、該加速電源９の他
方端は接地されている。

次に動作について説明する。

るつは１内にイオン源金属５を入れる。次いで加熱用電
源７をＯＮＬ、通電加熱用ヒータ４で、るつぼ１を加熱
する。するとその熱により、るっぽ１内に入れられたイ
オン源金属は溶融する。イオン源金属５がたとえばＧａ
　（２９，７℃）等の金属である場合はおおよそ数百度
の温度で溶融する。液体化した金属は、該るっぽ１の下
方部に形成された錐状の部分１ａの中心部に形成された
中心孔１ａ−を通って、針状チップ２の先端２ａに微滴
となって留まる。液体金属の微滴が重力によって下方部
に落ちてしまわないのは、その表面張力によるものであ
る。

次いで針状チップ２と引出電極３の間に接続された引出
電圧用電源８をＯＮＬ、数ｋＶの電圧を印加する。する
と、針状チップ２の先端部２ａに留まっていた液体金属
の微滴はイオン化して、引出電極３の方に向かってイオ
ンビームとして引き出される。なお、このときのイオン
ビームの速度は、加熱用電源７の一端に接続された加速
電圧用電源９と引出電圧用電源８で印加する電圧によっ
て加速される。

また、るつは１内でイオン源金属５が液化した際に生じ
る該金属の飽和蒸気は、るつぼ蓋６があることにより外
部に逸散することなく、るっぽ１内に留まる。

第４図は第２の従来例である特開昭５８−１３７９４０
号公報に記載されている液体金属イオン源の断面模式図
である。

説明を簡単にするために、第３図に示したものと同一ま
たは相当部分を示すものには同一符号を付している。第
３図と異なる点は、通電加熱用ヒータ４が、るっぽ１の
上部に取付けられる電極１１．１１−の上に、はさまれ
るようにして、設けられている点である。加熱用電源７
をＯＮして電極１１．１１−間に電圧を印加すると、通
電加熱用ヒータ４が加熱され、その熱によりるっぽ１が
加熱される。

その他の構成部分および動作については、第３図に示し
た第一の従来例と同じであるので、同一符号を付してそ
の説明を省略する。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の液体金属イオン源は以上のような構成になってお
り、るつぼ１を加熱する方式に工夫が凝らされている。

しかしながら、第１の従来例においては、通電加熱用ヒ
ータ２がるっぽ１の外側にコイル状に巻付けられて設け
られているので、通電加熱用ヒータ４とるつぼ１との接
触面積が小さくなり、そのため、熱が周囲に放散しやす
くなり、その結果、加熱効率が悪くなるという問題点が
あった。

また、第４図に示す第２の従来例においては、通電加熱
用ヒータ４が、液体金属イオン源５を加熱するに真に必
要な部分（るつぼ１の下方部）から遠く離れて設けられ
ているので、加熱効率が悪くなり、その結果、多量の電
力を必要とするという問題点があった。

この発明は前記問題点を解決するためになされたもので
、加熱効率の高められた液体金属イオン源を提供するこ
とを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、るつぼの中に入れられたイオン化すべき金
属を加熱溶融して液体金属とし、引出型極とエミッタ間
に所定の電圧をかけて前記液体金属をイオン化し、得ら
れた液体金属イオンをイオンビームとして外部に放出す
る液体金属イオン源にかかるものである。そして、前記
問題点を解決するために、前記るつぼを導電性のセラミ
ックで形成し、該るつぼに電流を通じることにより発生
する熱で該るつぼ内に入れられたイオン化すべき金属を
溶融できるようにしている。

この発明に用いられるるつぼの材質としては導電性であ
りかつ高抵抗のものが好ましい。さらに液体金属と反応
しない材質ならなお好ましい。常に好ましいのは炭化ケ
イ素（Ｓ　ｉ　Ｃ）　、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、炭化チ
タン（Ｔｉｃ）、窒化チタン（Ｔ　ｉ　Ｎ）などである
。

また、針状チップは液体金属と反応しない材質のものが
好ましい。たとえばタングステンなどは特に好ましいが
、前記るつぼに用いた材質のものも使用し得る。

［作用］ るつぼを導電性のセラミックで形成しているので、該る
つぼに電流を通じることにより、るつぼ自身が通電加熱
用ヒータとして働き、該るつぼ内に入れられたイオン化
すべき金属を効率良く溶融、する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示す部分切欠断面図であ
る。

るつは１は下方部が錐状になっている円筒状のもので、
炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化チタン、窒化チタン等の
導電性セラミックで形成されている。るつぼ１内にはエ
ミッタであるタングステン製の針状チップ３が設置され
ており、その先端部２ａは、るつぼ１の底面にある錐状
の部分２ａの中心部に形成された中心孔１ａ−を貫通し
て外部に突出している。るつぼ１の上方部には、るつぼ
蓋６が取付けられており、該るつぼ蓋６の上には、るつ
ぼホルダ１２が取付けられている。針状チップ２の先端
部２ａの対向する位置に引出電極３が配置されており、
該引出電極３とエミッタである針状チップ２の間には引
出電圧用型［８が接続されている。また電極１１と電極
１１′の間には加熱用電源７が接続されている。加熱用
電源７の一端には、イオンを加速するための加速電源９
が接続されており、該加速電源９の他方端は接地されて
いる。

次に、電極１１．１１−の周辺部分の構造を第２Ａ図、
第２Ｂ図、第２Ｃ図を用いてさらに詳細に説明する。

第２Ａ図は電極１１．１１−の周辺部分の平面図であり
、第２Ｂ図は電極１１あるいは１１−の断面図であり、
第２Ｃ図は電極１１あるいは１１′の正面図である。

電極１１と電極１１゛は絶縁体１３により分離されて、
るつぼ１のまわりを囲むように取付けられている。電極
１１．１１−は、るつぼホルダ１２に取付けて固定され
る。その取付けは電極１１゜１１−に設けられたビン穴
１４にピン１５を嵌め込むことによって行なわれる。ま
た電極１１には別のビン穴１４′が形成されており、こ
のビン穴１４′にビン１５′を嵌め込むことにより電極
１１にるつぼ１が固定される。

以上のように、るつぼ１の周囲に絶縁体１３で分離され
た電極１１．１１−が取付けられているので、電極１１
と電極１１′間に電圧を印加すると、電流が導電性セラ
ミックで形成されたるつぼ１内を流れていく。

次に動作について説明する。

るつぼ１内にイオン源金属５を入れる。次いで、加熱用
電源７をＯＮＬ、電極１１．１１−間に電圧を印加する
。第２Ａ図に示したごとく電極１１および電極１１′は
絶縁体１３を介して導電性セラミックで形成されたるつ
ぼ１に直接連結されているので、電極１１から入った電
流は、るつは１内を流れ、他方の電極１１′から抜け、
加熱用電源７に戻る。るつぼ１内に電流が流れると、る
つは１は高抵抗の導電性セラミックで形成されているの
で、熱が発生する。この熱によりるつぼ１内に入れられ
たイオン源金属５が加熱され溶融され−１０＝ る。液体化されたイオン源金属５はるっぽ１の下方に形
成された錐状の部分１ａの中心部に形成された中心孔１
ａ”を通って流れ出し、針状チップ２ａの先端部に微滴
となって留まる。エミッタである針状チップ２と引出電
極３の間に接続された引出電源８に電圧を印加すると、
前記流出してきた液体金属の微滴はイオン化され、引出
電極３側へイオンビーム１０として引出される。引出さ
れたイオンビーム１０は、引出電圧用電源８により印加
される電圧により、加速される。

以上のように、本発明に係る液体金属イオン源に用いる
るつぼはるつぼ自身が発熱体となっているために、熱は
有効にるつぼ内に伝導され、その結果、周囲への熱放散
は少なくなる。

なお上記実施例では、るつぼ１の上方部にるつぼ蓋６が
設けられた場合を例にして示した。このような構成にす
ると、液体金属の蒸気が外部へ逸散するのを防ぐことが
でき、材料が早く消耗してしまうのを防ぐことができる
。また、液体金属の蒸気の外部漏れによる環境汚染を防
ぐことができる。しかしながら、この発明において、る
つぼ蓋を取付けることは必須要件ではなく、このるつぼ
蓋６がなくても実施例と同様の効果が実現する。

また、上記実施例では、るつぼ１の材質として液体金属
と反応しない材質を用いた場合を示した。

かかる材質にすることにより、イオン源金属にアルミニ
ウム等の反応性のものを用いることが可能となるわけで
あるが、反応性の液体金属イオンを望まない場合には、
必ずしも液体金属と反応しない材質のものでなくてもよ
い。針状チップ２の材質にしても同様である。

「発明の効果１ 以」二のように、この発明に係る液体金属イオン源によ
れば、該液体金属イオン源の主要構成要素であるるつぼ
を導電性のセラミックで形成し、該るつぼに電流を通じ
ることにより発生する熱で該るつぼ内に入れられたイオ
ン化すべき金属を溶融できるようにしているので、熱は
有効にるつぼ内の液体金属イオン源に伝導され、周囲へ
の熱放散は少なくなる。その結果、加熱効率が高められ
、電力を削減することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の部分断面切欠図であり、
第２Ａ図、第２Ｂ図、第２Ｃ図は電極の周辺部分を示し
た図、第３図は第１の従来例の液体金属イオン源の断面
模式図、第４図は第２の従来例の液体金属イオン源の断
面模式図である。 図において、１はるつぼ、２は針状チップ、３は引出電
極、５はイオン源金属、７は加熱用電源、１０はイオン
ビーム、１１．１１−は電極である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 ３：引ス電＋立 特開昭６３−１９８２３Ｇ（５） ８３図 第４図 １１′−清；；三二石層＝≦側二ふ−４ｋ」−；」Ｚ　
２８１ｆｌ　　　　￥、　２ＣＣ °工ｌ°拌。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）るつぼの中に入れられたイオン化すべき金属を加
   熱溶融して液体金属とし、 引出電極とエミッタ間に所定の電圧をかけて前記液体金
   属をイオン化し、 得られた液体金属イオンをイオンビームとして外部に放
   出する液体金属イオン源において、前記るつぼを導電性
   のセラミックで形成し、該るつぼに電流を通じることに
   より発生する熱で該るつぼ内に入れられたイオン化すべ
   き金属を溶融できるようにしたことを特徴とする液体金
   属イオン源。
2. （２）前記導電性セラミックが炭化珪素である特許請求
   の範囲第１項記載の液体金属イオン源。
3. （３）前記導電性セラミックが窒化珪素である特許請求
   の範囲第１項記載の液体金属イオン源。
4. （４）前記導電性セラミックが炭化チタンである特許請
   求範囲第１項記載の液体金属イオン源。
5. （５）前記導電性セラミックが窒化チタンである特許請
   求の範囲第１項記載の液体金属イオン源。